深圳大学物理与光电工程学院，教育部/广东省光电子器件与系统重点实验室，广东 深圳 518060
贝塞尔光束在生物组织中的传输易受到样品散射的影响，从而削弱其自重建能力。本文将生物组织建模为折射率弱波动的湍流模型，在弱散射近似下，结合角谱理论及逐步传输算法对贝塞尔光束在生物组织中的传输及自重建过程进行了理论模拟。利用空间光调制器加载涡旋光束相位和轴棱锥相位的叠加相位全息图来调制高斯光束，以产生可调控的贝塞尔光束。结果表明：贝塞尔光束经过生物组织的相位扰动后，重建光束的无衍射距离大大缩短，光强远低于原光束，且生物组织越厚，重建光束的光强越低；轴棱锥的锥角决定了重建贝塞尔光束的中心亮斑或最内环形旁瓣的尺寸，但对重建贝塞尔光束无衍射距离的影响不大；同时，低阶贝塞尔光束展现出了更好的自重建能力。
医用光学 贝塞尔光束 湍流模型 角谱理论 空间光调制器
深圳大学物理与光电工程学院教育部/广东省光电子器件与系统重点实验室，广东 深圳 518060
贝塞尔光束具有无衍射、自重建等特性，在光镊、生物成像等领域具有重要的应用价值。基于角谱理论，分析了贝塞尔光束被障碍物遮挡后的自重建行为，提出利用互相关系数来表征贝塞尔重建光束和原光束截面光强分布的相似性，从而在理论模拟中确定恢复距离，并得到障碍物不同参数对贝塞尔光束自重建的影响。理论模拟结果表明，恢复距离和障碍物大小并非简单的线性关系，障碍物只有在阻挡更多的光束旁瓣时，恢复距离才会增加，而且离轴障碍物比轴上障碍物需要更长的恢复距离；对于轴上障碍物而言，当其尺寸小于高阶贝塞尔光束的中空区域时，高阶贝塞尔光束有着更强的自愈能力。同时进行了实验验证，利用空间光调制器产生可调控的贝塞尔光束用于验证仿真结果，实验结果与仿真结果吻合，说明基于角谱理论的互相关系数法可以用于精准验证贝塞尔光束的自重建特性。
激光与光电子学进展
2022, 59(6): 0617021
1 南京理工大学电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
2 江苏省光谱成像与智能感知重点实验室, 江苏 南京210094
为了避免传统针孔式点衍射干涉仪中干涉成像系统所带来的误差, 提出一种无镜成像算法, 无需干涉成像系统, 从 CCD直接采集得到的干涉图复原求解被测件面形。基于平面波角谱理论构建虚拟物像共轭关系, 由CCD处直接采集到的干涉图反演至被测件共轭位置的干涉图。仿真与实验结果表明, 提出的无镜成像算法可以有效消除干涉图边缘衍射和中心衍射条纹, 同时抑制相干噪声。采用无镜成像方法可以避开干涉成像系统的设计与加工难度, 有效地保证针孔式点衍射干涉仪的测量准确度。
测量 干涉成像系统 相干噪声 无镜成像算法 虚拟透镜 平面波角谱理论
1 空军工程大学 理学院, 陕西 西安 710051
2 西安应用光学研究所, 陕西 西安 710065
利用标量衍射的角谱理论,研究了基于两幅光强分布的相位恢复算法,并将此算法应用到光波的波前及光学元件面形的检测中.实验研究了球面光波波前的相位恢复及面形检测,给出了恢复波前与理想波前之间的偏差,采用求Zernike系数的广义逆矩阵的方法,用程序实现了光学元件面形的Zernike拟合.
角谱理论 相位恢复 面形 Zernike拟合 angular spectrum theory phase recovery surfaces Zernike fitting
1 鲁东大学物理与光电工程学院, 山东 烟台 264025
2 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室, 上海 201800
基于衍射的角谱理论分析了二维振幅型六角周期阵列物体的塔尔博特效应。将六角型点阵结构看成两个长方型点阵结构的叠加，推导出了六角型周期阵列物体的塔尔博特距离公式，并进一步分析了分数塔尔博特距离处的塔尔博特像，给出了分数塔尔博特距离处的复振幅分布公式。通过理论数值模拟与实验研究发现，在分数塔尔博特距离处的衍射图样还是周期性的六角型阵列，只是阵列周期发生了变化。研究结果表明，当分数塔尔博特距离的分数值β为3的正整数倍时，周期减小为原来的3/β；当分数塔尔博特距离的分数值β为非3的正整数倍时，周期减小为原来的1/β。
衍射 塔尔博特效应 角谱理论 六角型点阵 光学学报
2013, 33(s2): s205002
1 中国科学院光电技术研究所，成都 610209
2 中国科学院研究生院，北京 100049
本文采用衍射角谱理论对衍射光学元件的光场分布进行数字计算。该理论包括两种表达方式：既可用含有传递函数的等式表达，也可用含有点扩散函数的等式表达。这两种计算方法在本质上是一致的。然而，在 MATLAB计算过程中，它们又具有不同的适用条件，通过分析，将它们分为近场算法和远场算法，并且展示了它们的计算实例。结果表明，在标量衍射理论成立的条件下，不改变衍射元件抽样间隔和抽样点数，利用这两种算法能够快速、准确计算不同位置处的衍射图样。该方法对衍射光学元件像面光场分布的精确计算具有重要的意义。
衍射角谱理论 傅里叶变换 抽样定理 衍射光学元件 diffraction angular spectrum theory Fourier transform theorem of sampling diffraction optical elements MATLAB MATLAB
1 华侨大学信息科学与工程学院， 福建 泉州 362021
2 西南交通大学物理科学与技术学院， 四川 成都 610031
以几何光学模型为基础，应用平面波角谱理论方法，研究了在高斯光束的照射下，透明介质平板的受力分布。不同于光镊原理，光压差即可产生光学升力，根据动量守恒定理，推导了透明介质平板受力的表达式，通过数值计算，深入分析了光束的光腰半径，平板的摆放位置以及倾斜角度等参数对透明介质平板受力分布的影响。研究结果表明，在一定功率的高斯光束照射下，减小高斯光束光腰半径、使光束照射位置靠近平板的中心，以及拉近平板与高斯光束光腰之间的距离，都能有效地增大透明平板所受到的横向和轴向的光辐射压力；当透明平板与x轴倾斜成65°时，轴向力达到最大值，方向始终沿+z方向；当平板倾斜70°时，横向力在正方向和负方向同时达到最大值。适当选取光腰半径和摆放位置，平板受到的横向力可以增大到足以克服重力，在光束的照射下升起来。
辐射 辐射压力 角谱理论 光动量 中国激光
2011, 38(s1): s102008
湖南大学计算机与通信学院微纳光电器件及应用教育部重点实验室, 湖南 长沙 410082
利用角谱理论, 分别研究了高斯光束在空气与负、近零、超大折射率超常材料界面上的反射光束角移现象, 揭示了光束角移与传统古斯亨兴位移和伊姆伯特费多罗夫位移的联系与区别。研究发现, 光束角移随着折射率及损耗的减小而增大; 在负折射率介质界面, 角移可能抵消负的古斯亨兴位移, 从而导致光束的纵向位移为正。此外, 在近零折射率超常材料界面, 在较大范围内不存在横向角移, 而在极大折射率超常材料界面, 横向角移极小。因此, 零折射率和超大折射率超常材料可以用来避免反射光束角移导致的角色散。
光束角移 角谱理论 超常材料 折射率
